南营水库险情分析及除险加固技术方案研究

张亚莉

(甘肃省水利厅水利管理局，730000，兰州)

南营水库险情分析及除险加固技术方案研究

张亚莉

(甘肃省水利厅水利管理局，730000，兰州)

水库；除险加固分析；处理方案

一、大坝工况及险情分析

南营水库位于甘肃省武威市金塔河干流出口处，距武威市18km，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、发电等综合效益的中型水库。水库始建于1958年，1960年停建，1969年进行二次施工，1970年建成蓄水，水库枢纽主要由主坝、副坝、坝下输水涵管、左岸泄洪洞、排沙泄洪洞、输水洞及坝后电站等组成。主坝为壤土厚心墙砂砾石坝，总库容为2 000万m3，最大坝高39.6 m。由于受当时施工条件的限制，施工中对截水墙清基不彻底，水库渗漏严重，曾先后进行过3次保坝加固。主坝最大坝加高到46.0 m，斜墙顶高程1 941.70 m，坝顶高程1 943 m，坝顶设1m高防浪墙，达到现状规模。南营水库地理位置重要，下游涉及武威市城区30多万人的生命安全和兰新铁路、高速公路、西气（油）东输管线等重要基础设施。

2013年10月，水库出现了新的险情，主坝上游混凝土面板与防渗墙顶部连接处沉陷变形严重。通过安全鉴定后得出结论：①主坝面板与混凝土防渗墙顶部基座明显沉陷挤压变形，混凝土基座沉陷约6～8cm；②副坝黏土斜墙下游侧未设反滤层，防渗墙延伸长度不足，副坝右段存在渗漏情况，形成局部塌坑，影响坝坡安全；③泄洪洞、排沙泄洪洞闸门、旧输水洞涵管和闸阀腐蚀较严重，无检修闸门，发电支洞工作闸门不能正常启闭。综合评定南营水库工程安全性为“三类坝”。

根据大坝鉴定结论，确定南营水库此次除险加固主要任务是对主坝混凝土基座与面板错缝进行工程处理，对副坝采用YKC连续防渗墙进行防渗处理，更换输水洞检修闸门、泄洪洞工作闸门、排砂泄洪洞工作闸门等。

二、大坝除险加固技术方案

①关于主坝面板与混凝土防渗墙顶部基座之间出现沉降变形问题。该坝原设计坝型为壤土心墙坝，2002年除险加固时拆除了上游干砌石护坡，改为现状混凝土面板；混凝土面板在挤压破坏前，并不承担防渗功能。无论面板是否被破坏，主坝实际的防渗体系并未发生变化，因此混凝土面板破坏对主坝防渗体系不会有影响，混凝土面板的作用仅仅是上游护坡。故变形缝处理的主要目的是维持上游护坡面完整，不要在库水位降落时从已经变形的缝中带走细颗粒。除险加固的方案为：将基座和面板按照1∶1的边坡比凿除5.0 cm；用GB(或SK)填料填充；乙丙板与面板粘结，上压厚5mm的不锈钢板；用直径12mm不锈钢膨胀螺栓将扁钢和乙丙板固定在面板和基座上；用SK封边剂封边。

②关于左岸防浪墙出现裂缝问题。从现场及观测资料看，出现裂缝的防浪墙段有明显的向上游位移和不均匀沉降。经分析认为是在2002年除险加固时，在上游面板下铺筑了厚度50 cm的中粗砂垫层，防浪墙基础前部位于该垫层上，后部位于原坝体上。该段靠近左岸，大型施工机械无法到达，垫层料在施工时采用小型机械碾压，局部地段没有达到设计要求，在运行中因新填部分产生了不均匀沉降，造成防浪墙既有向上游的位移，也有垂直方向的沉降。经过10多年的运行，坝体沉降已趋于稳定。除险加固方案为：拆除左岸出现裂缝的防浪墙，长度为20 m，用M7.5砂浆找平后重新砌筑防浪墙。

③关于副坝段出现渗漏问题。该工程副坝实际是在右岸Ⅲ级阶地前缘陡坎的斜坡面上，经人工填筑了贴坡式壤土防渗斜墙后，表面用干砌石防护。沿右岸弯曲向南延伸，目前长度388 m。关于Ⅲ级阶地下伏古河槽，根据基岩面的形态分析，古河槽呈左侧平坦宽缓、右岸陡立的“J”形，且古河槽的右岸被掏刷冲蚀，沉积了巨厚（29.8 m）的砂卵砾石层，岸坡呈近于直立的陡坎。从副坝结构看，贴坡式壤土防渗墙直接夯筑在河床质砂砾石上，防渗墙后没有设置反滤层和过渡层，蓄水时壤土料很容易被带走，导致上游局部形成陷坑。除险加固目的是重建防渗体，方案有在上游用土工膜防渗和在坝顶做混凝土防渗墙等。鉴于该工程供水任务较重而不能放空水库、上游用土工膜防渗的方案难以实施，1989年除险加固时副坝段做了一部分混凝土防渗墙等原因，此次决定采用YKC成槽工艺，从坝顶施工，浇筑混凝土防渗墙。设计指标为墙体混凝土标号C20，渗透系数为小于1.0×10-6cm/s，混凝土28天弹性模量为2 000 MPa，允许渗透坡降为不小于50。防渗墙体面积为18 613 m2。

④输水洞更换检修闸门，门槽二期混凝土的凿除重新浇筑；检修门启闭机层拆除重建，启闭机房拆除重建。混凝土标号C30。门槽位置设置直径20 mm锚杆，锚杆长度100 cm，间距25 cm，锚杆进入一期混凝土长度60 cm。检修门启闭机层采用现浇结构，混凝土标号C25。启闭机房采用框架结构，使用年限按照40年设计。

⑤排砂泄洪洞除险设计。排砂泄洪洞更换工作闸门，门槽二期混凝土的凿除重新浇筑；启闭机层拆除重建，检修门槽二期混凝土结构尺寸为50 cm×45 cm(长×宽)，原设计标号C25，重新浇筑的门槽二期混凝土设计标号C30。为了固定门槽埋件，需要在门槽位置设置直径20 mm锚杆，锚杆长度100 cm，间距25 cm，锚杆进入一期混凝土长度60 cm。启闭机层采用现浇结构，混凝土标号C25。

⑥泄洪洞除险设计。更换工作闸门，门槽二期混凝土的凿除重新浇筑；根据选定的启闭设备复核启闭机层的承载力，检修门启闭机层拆除重建，启闭机房拆除重建。重新浇筑的门槽二期混凝土标号C30。为了固定门槽埋件，需要在门槽位置设置直径20 mm锚杆，锚杆长度100 cm，间距25 cm，锚杆进入一期混凝土长度60 cm。工作门启闭机层采用现浇结构，混凝土标号C25。启闭机房采用框架结构，使用年限按照40年设计。

⑦金属结构。根据水库安全鉴定及审定意见，对金属结构部分进行改造或更换，共更换各种类型的闸门（闸阀）8套，拆除更换闸门埋件6孔，拆除更换闸阀钢管1件，除输水洞进口拦污栅启闭机维持现状外，其余所有部位的启闭机均进行相应更换，共8台。金属结构总重量约233t，其中结构件重量约175.5 t，启闭设备重量约57.5 t。

三、处理方案实施后的效果评价

此次除险加固施工显著改善了大坝各工程质量，使副坝渗漏明显降低。一是主坝面板与混凝土防渗墙顶部基座之间的错缝未再发展，经过多年运行，面板下坝体及混凝土防渗墙的沉降已趋于稳定，错缝经修补后也处于稳定状态。二是副坝混凝土防渗墙向右岸延长至基岩出露处，基本解决了右岸副坝渗漏问题，坝后出水点均已消失；据观测，副坝后的渗流量约是加固前的1/10。三是泄洪洞、输水洞及排沙泄洪洞的金属结构部件在更换后其运行状况良好，尤其是各洞的止水效果较好，在闸门关闭的情况下洞后已看不到明流。四是通过对泄流系统、启闭系统的更新改造，大大降低了水库运行隐患，提高了水库的调度运行能力。五是此工程实施后，消除了南营水库存在的安全隐患，使其调蓄能力达到设计要求，可以调蓄并安全宣泄100年一遇的洪水，确保了下游人民生命财产及工农业生产安全。

四、结语

①混凝土基座和混凝土面板之间错位沉降缝借鉴面板堆石坝施工缝处理措施是合适的。除险加固后，水库在运行中多次经历正常蓄水位考验，测压管水位基本在建基面附近，渗漏量也较稳定，反映出大坝渗流总体是安全的。考虑到在2002年除险加固兴建上游混凝土基座时，曾对心墙顶部的原黏土斜墙进行过部分挖除，因此在高水位期间还应加强巡视检查，一旦发现问题须及时处理。

②南营水库下游有武威市城区、兰新铁路、G30连霍高速公路、西气（油）东输管线、厂矿企业、机关单位、学校、医院等重要目标，水库担负着下游城市防洪安全以及12万人供水、13万亩（1亩=1/15 hm2）农田灌溉的任务，对下游广大群众的生命财产安全和经济建设至关重要。水库管理单位应加紧批复初步设计，实施全面的除险加固工程，确保水库安全正常运行。同时编制水库应急预案，抢险队伍、防汛物资落实到位。

③加强水库安全运行管理，建立健全安全管理责任制。水库管理单位要定期巡检大坝、溢洪道、输水洞等建筑物及闸门、启闭设备和机电设备的操作运行情况，发现问题要及时维修改造。汛期实行24小时值班制，洪水发生时必须全员全力以赴。汛前对水情自动测报系统各外围站点进行一次全面的检查和维护，修订水文预报方案，确定防汛责任单位的联系制度，配合南营电站进行闸门启闭设备、输电线路的检查和试运转，及时排除隐患。汛期中要加强水文气象情报的收集，做好水文预报工作，水情自动测报系统发现问题要求在24小时内赶到现场处理好。

④目前，大坝安全自动化监测系统已损坏，无法及时、准确获取大坝运行情况；水情自动测报系统已开始带病运行，防汛关键时期无法确保及时获得雨情。若变形监测设施选型不当，则无法对大坝变形进行有效观测，因此应尽快完善大坝安全监测系统。 ■

[1]水库大坝安全评价导则（SL 258-2000）[S].2000.

[2]碾压式土石坝设计规范（SL 274-2001）[S].2002.

[3]甘肃省水利水电勘测设计研究院.南营水库除险加固工程工程初步设计报告[R].2015.

责任编辑 董明锐

TV697.32

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：1000-1123（2016）06-0038-02

2016-01-28

张亚莉，副局长，高级工程师。